Transmisia fără fir pentru furnizarea de energie electrică are capacitatea de a oferi progrese majore în industrii și aplicații care depind de contactul fizic al conectorului. La rândul său, poate fi nesigur și poate duce la eșec. Transmiterea electricității fără fir a fost demonstrată pentru prima dată de Nikola Tesla în anii 1890. Cu toate acestea, abia în ultimul deceniu tehnologia a fost folosită până la punctul în care oferă beneficii reale și tangibile pentru aplicațiile din lumea reală. În special, dezvoltarea unui sistem de alimentare fără fir rezonant pentru piața de electronice de larg consum a arătat că încărcarea inductivă aduce noi niveluri de confort milioanelor de dispozitive de zi cu zi.
Puterea în cauză este cunoscută în mod obișnuit prin mulți termeni. Inclusiv transmisie inductivă, comunicare, rețea fără fir rezonantă și aceeași revenire a tensiunii. Fiecare dintre aceste condiții descrie în esență același proces fundamental. Transmiterea fără fir a energiei electrice sau a energiei de la o sursă de alimentare la tensiunea de încărcare fără conectori printr-un spațiu de aer. Baza este două bobine- emițător și receptor. Primul este alimentat de un curent alternativ pentru a genera un câmp magnetic, care la rândul său induce o tensiune în al doilea.
Cum funcționează sistemul în cauză
Elementele de bază ale puterii fără fir implică distribuirea puterii de la un transmițător la un receptor printr-un câmp magnetic oscilant. Pentru a realiza acest lucru, curentul continuu furnizat de sursa de alimentare este convertit în curent alternativ de în altă frecvență. Cu electronice special concepute încorporate în transmițător. Curentul alternativ activează o bobină de sârmă de cupru în dozator, care generează un câmp magnetic. Când a doua înfășurare (de primire) este plasată în imediata apropiere. Câmpul magnetic poate induce un curent alternativ în bobina receptoare. Elementele electronice din primul dispozitiv convertesc apoi AC înapoi în DC, ceea ce devine consumul de energie.
Schema de transmisie a energiei fără fir
Tensiunea de „rețea” este convertită într-un semnal AC, care este apoi trimis către bobina emițătorului printr-un circuit electronic. Curgând prin înfășurarea distribuitorului, induce un câmp magnetic. La rândul său, se poate răspândi la bobina receptor, care se află în relativă apropiere. Câmpul magnetic generează apoi un curent care curge prin înfășurarea dispozitivului de recepție. Procesul prin care energia este distribuită între bobinele de transmisie și cea de recepție este denumit și cuplare magnetică sau rezonantă. Și se realizează cu ajutorul ambelor înfășurări care funcționează la aceeași frecvență. Curentul care curge în bobina receptorului,convertit în DC de circuitele receptorului. Apoi poate fi folosit pentru alimentarea dispozitivului.
Ce înseamnă rezonanța
Distanța pe care energia (sau puterea) poate fi transmisă crește dacă bobinele emițătorului și receptorului rezonează la aceeași frecvență. La fel cum un diapazon oscilează la o anumită înălțime și poate atinge amplitudinea maximă. Se referă la frecvența la care un obiect vibrează în mod natural.
Avantajele transmisiei fără fir
Care sunt beneficiile? Avantaje:
- reduce costurile asociate cu menținerea conectorilor drepti (de exemplu, într-un inel colector industrial tradițional);
- confort mai mare pentru încărcarea dispozitivelor electronice comune;
- transfer securizat în aplicații care trebuie să rămână sigilate ermetic;
- electronicele pot fi complet ascunse, reducând riscul de coroziune din cauza unor elemente precum oxigenul și apa;
- sursă de alimentare fiabilă și consistentă pentru echipamente industriale rotative, foarte mobile;
- asigură o transmisie fiabilă a puterii către sistemele critice în medii umede, murdare și în mișcare.
Indiferent de aplicație, eliminarea conexiunii fizice oferă o serie de avantaje față de conectorii tradiționali de alimentare prin cablu.
Eficiența transferului de energie în cauză
Eficiența generală a unui sistem de alimentare fără fir este cel mai important factor în determinarea acestuiaperformanţă. Eficiența sistemului măsoară cantitatea de putere transferată între sursa de alimentare (adică priza de perete) și dispozitivul de recepție. Aceasta, la rândul său, determină aspecte precum viteza de încărcare și intervalul de propagare.
Sistemele de comunicații fără fir variază în ceea ce privește nivelul lor de eficiență în funcție de factori precum configurația și designul bobinei, distanța de transmisie. Un dispozitiv mai puțin eficient va genera mai multe emisii și va duce la trecerea mai puțină a puterii prin dispozitivul de recepție. De obicei, tehnologiile de transmitere a energiei fără fir pentru dispozitive precum smartphone-urile pot atinge performanța de 70%.
Cum se măsoară performanța
Însemnând cantitatea de putere (în procente) care este transmisă de la sursa de alimentare către dispozitivul receptor. Adică, transmisia wireless de putere pentru un smartphone cu o eficiență de 80% înseamnă că 20% din puterea de intrare se pierde între priza de perete și bateria pentru gadgetul care se încarcă. Formula de măsurare a eficienței muncii este: performanță=ieșirea DC împărțită la intrare, înmulțiți rezultatul cu 100%.
Transmisia electrică fără fir
Puterea poate fi distribuită în rețeaua considerată prin aproape toate materialele nemetalice, inclusiv, dar fără a se limita la. Acestea sunt solide precum lemnul, plasticul, textilele, sticla și cărămizile, precum și gazele și lichidele. Când metal sauUn material conductiv electric (adică, fibră de carbon) este plasat în imediata apropiere a unui câmp electromagnetic, obiectul absoarbe putere din acesta și se încălzește ca rezultat. Acest lucru, la rândul său, afectează eficiența sistemului. Acesta este modul în care funcționează gătitul prin inducție, de exemplu, transferul ineficient de putere de la plită creează căldură pentru gătit.
Pentru a crea un sistem wireless de transmisie a energiei, trebuie să vă întoarceți la originile subiectului. Sau, mai degrabă, omului de știință și inventator de succes Nikola Tesla, care a creat și brevetat un generator care poate prelua puterea fără diverși conductori materialiști. Așadar, pentru a implementa un sistem wireless, este necesar să se asambleze toate elementele și piesele importante, ca urmare, va fi implementată o bobină Tesla mică. Acesta este un dispozitiv care creează un câmp electric de în altă tensiune în aerul din jurul său. Are o putere de intrare mică, oferă transmisie wireless de putere la distanță.
Una dintre cele mai importante moduri de a transfera energie este cuplarea inductivă. Este folosit în principal pentru câmpul apropiat. Se caracterizează prin faptul că atunci când curentul trece printr-un fir, o tensiune este indusă la capetele altuia. Transferul de putere se face prin reciprocitate între cele două materiale. Un exemplu comun este un transformator. Transferul de energie la microunde, ca idee, a fost dezvoltat de William Brown. Întregul concept implică conversia puterii AC în putere RF și transmiterea acesteia prin spațiu și reîncărcareputere variabilă la receptor. În acest sistem, tensiunea este generată folosind surse de energie cu microunde. precum klystron. Și această putere este transmisă către antena de transmisie prin ghidul de undă, care protejează de puterea reflectată. La fel și un tuner care potrivește impedanța sursei de microunde cu alte elemente. Secțiunea de recepție este formată dintr-o antenă. Acceptă puterea microundelor și un circuit de potrivire a impedanței și un filtru. Această antenă de recepție, împreună cu dispozitivul de redresare, poate fi un dipol. Corespunde semnalului de ieșire cu o alertă sonoră similară a unității redresorului. Blocul receptor constă, de asemenea, dintr-o secțiune similară constând din diode care sunt utilizate pentru a converti semnalul într-o alertă DC. Acest sistem de transmisie folosește frecvențe între 2 GHz și 6 GHz.
Transmisia fără fir a energiei electrice cu ajutorul șoferului lui Brovin, care a implementat generatorul folosind oscilații magnetice similare. Concluzia este că acest dispozitiv a funcționat datorită a trei tranzistoare.
Folosirea unui fascicul laser pentru a transmite putere sub formă de energie luminoasă, care este convertită în energie electrică la capătul receptor. Materialul în sine este alimentat direct folosind surse precum Soarele sau orice generator de electricitate. Și, în consecință, implementează o lumină focalizată de mare intensitate. Mărimea și forma fasciculului sunt determinate de setul de optice. Și această lumină laser transmisă este primită de celulele fotovoltaice, care o transformă în semnale electrice. El folosește de obiceicabluri de fibră optică pentru transmisie. Ca și în cazul sistemului de energie solară de bază, receptorul utilizat în propagarea pe bază de laser este o serie de celule fotovoltaice sau un panou solar. Ele, la rândul lor, pot transforma lumina monocromatică incoerentă în electricitate.
Funcții esențiale ale dispozitivului
Puterea bobinei Tesla constă într-un proces numit inducție electromagnetică. Adică, câmpul în schimbare creează potențial. Face să curgă curentul. Când electricitatea trece printr-o bobină de sârmă, generează un câmp magnetic care umple zona din jurul bobinei într-un anumit mod. Spre deosebire de alte experimente de în altă tensiune, bobina Tesla a rezistat multor teste și încercări. Procesul a fost destul de laborios și de lungă durată, dar rezultatul a fost de succes și, prin urmare, a fost brevetat cu succes de către om de știință. Puteți crea o astfel de bobină în prezența anumitor componente. Următoarele materiale vor fi necesare pentru implementare:
- lungime 30 cm PVC (cu cât mai mulți, cu atât mai bine);
- sârmă de cupru emailată (fir secundar);
- scândură de mesteacăn pentru bază;
- 2222A tranzistor;
- cablu de conectare (primar);
- rezistor 22 kΩ;
- comutatoare și fire de conectare;
- baterie de 9 volți.
Etape de implementare a dispozitivului Tesla
Mai întâi trebuie să puneți un mic fant în partea de sus a țevii pentru a înfășura un capăt al sârmeiîn jurul. Înfășurați bobina încet și cu grijă, având grijă să nu suprapuneți firele sau să nu creați goluri. Acest pas este cea mai dificilă și plictisitoare parte, dar timpul petrecut va oferi o bobină de foarte bună calitate și bună. La fiecare 20 de rotații, inele de bandă de mascare sunt plasate în jurul înfășurării. Acţionează ca o barieră. În cazul în care bobina începe să se desfacă. Când ați terminat, înfășurați bandă grea în jurul părții superioare și inferioare a înfășurării și pulverizați-o cu 2 sau 3 straturi de email.
Apoi trebuie să conectați bateria principală și secundară la baterie. După - porniți tranzistorul și rezistența. Înfășurarea mai mică este primară, iar înfășurarea mai lungă este secundară. Opțional, puteți instala o sferă de aluminiu deasupra țevii. De asemenea, conectați capătul deschis al secundarului la cel adăugat, care va acționa ca o antenă. Trebuie avut grijă să nu atingeți dispozitivul secundar când este pornită alimentarea.
Există riscul de incendiu dacă vindeți singur. Trebuie să răsuciți comutatorul, să instalați o lampă incandescentă lângă dispozitivul de transmisie a energiei fără fir și să vă bucurați de spectacolul de lumini.
Transmisie fără fir prin sistemul de energie solară
Configurațiile tradiționale de distribuție a energiei prin cablu necesită de obicei fire între dispozitivele distribuite și unitățile de consum. Acest lucru creează o mulțime de restricții ca costul sistemuluicosturile cablurilor. Pierderile suferite în transport. La fel și deșeurile din distribuție. Numai rezistența liniei de transmisie duce la o pierdere de aproximativ 20-30% din energia generată.
Unul dintre cele mai moderne sisteme wireless de transmisie a energiei se bazează pe transmiterea energiei solare folosind un cuptor cu microunde sau un fascicul laser. Satelitul este plasat pe orbită geostaționară și este format din celule fotovoltaice. Ele transformă lumina soarelui în curent electric, care este folosit pentru a alimenta un generator de microunde. Și, în consecință, realizează puterea cuptorului cu microunde. Această tensiune este transmisă prin intermediul comunicațiilor radio și recepționată la stația de bază. Este o combinație de antenă și redresor. Și este transformat înapoi în energie electrică. Necesită alimentare AC sau DC. Satelitul poate transmite până la 10 MW de putere RF.
Când vorbim despre un sistem de distribuție DC, chiar și asta este imposibil. Deoarece necesită un conector între sursa de alimentare și dispozitiv. Există o astfel de imagine: sistemul este complet lipsit de fire, de unde puteți obține curent alternativ în case fără dispozitive suplimentare. Unde este posibil să vă încărcați telefonul mobil fără a fi nevoie să vă conectați fizic la priză. Desigur, un astfel de sistem este posibil. Și o mulțime de cercetători moderni încearcă să creeze ceva modernizat, studiind în același timp rolul dezvoltării de noi metode de transmitere fără fir a energiei electrice la distanță. Deși, din punct de vedere al componentei economice, pentru state nu va fi așaeste destul de profitabil dacă astfel de dispozitive sunt introduse peste tot și înlocuiesc electricitatea standard cu electricitate naturală.
Origini și exemple de sisteme wireless
Acest concept nu este cu adevărat nou. Toată această idee a fost dezvoltată de Nicholas Tesla în 1893. Când a dezvoltat un sistem de iluminare a tuburilor vidate folosind tehnici de transmisie fără fir. Este imposibil de imaginat că lumea există fără diverse surse de încărcare, care sunt exprimate sub formă materială. Pentru a face posibil ca telefoanele mobile, roboții de acasă, playerele MP3, computerele, laptopurile și alte gadgeturi transportabile să fie încărcate singure, fără conexiuni suplimentare, eliberând utilizatorii de fire constante. Este posibil ca unele dintre aceste dispozitive să nu necesite un număr mare de elemente. Istoria transmisiei de putere fără fir este destul de bogată și, în principal, datorită dezvoltărilor Tesla, Volta etc. Dar, astăzi, rămân doar date în știința fizică.
Principiul de bază este de a converti puterea de curent alternativ în tensiune de curent continuu folosind redresoare și filtre. Și apoi - în revenirea la valoarea inițială la frecvență în altă folosind invertoare. Această putere AC de joasă tensiune, foarte oscilantă, este apoi trecută de la transformatorul primar la secundar. Convertit la tensiune DC folosind un redresor, un filtru și un regulator. Semnalul AC devine directdatorită sunetului curentului. La fel și utilizarea secțiunii redresorului în punte. Semnalul DC recepționat este trecut printr-o înfășurare de feedback care acționează ca un circuit oscilator. În același timp, forțează tranzistorul să-l conducă în convertorul primar în direcția de la stânga la dreapta. Când curentul trece prin înfășurarea de feedback, curentul corespunzător curge către partea primară a transformatorului de la dreapta la stânga.
Așa funcționează metoda ultrasonică de transfer de energie. Semnalul este generat prin intermediul senzorului pentru ambele semicicluri ale alertei AC. Frecvența sunetului depinde de indicatorii cantitativi ai vibrațiilor circuitelor generatoare. Acest semnal de curent alternativ apare pe înfășurarea secundară a transformatorului. Și când este conectat la traductorul altui obiect, tensiunea AC este de 25 kHz. O citire apare printr-un transformator coborâtor.
Această tensiune de curent alternativ este egalizată de un redresor în punte. Și apoi filtrat și reglat pentru a obține o ieșire de 5V pentru a conduce LED-ul. Tensiunea de ieșire de 12 V de la condensator este folosită pentru a alimenta motorul ventilatorului de curent continuu pentru a-l porni. Deci, din punct de vedere al fizicii, transportul de energie electrică este un domeniu destul de dezvoltat. Cu toate acestea, după cum arată practica, sistemele fără fir nu sunt complet dezvoltate și îmbunătățite.
